この研究は、ドイツ・フォルシュングスゲインシャフトのエクセレンス・クラスター「ハンブルク超高速イメージングセンター – 原子スケールにおける物質の構造、ダイナミクスおよび制御」と、ヘルムホルツバーチャル・インスティテュート「多次元景観の動的経路」によって支えられてきました。

1. 実験セットアップの説明
ガス相分子ビームのセットアップとディフレクタの概略を 図221に示す。それは
<ol><li>分子試料を含むパルス式偶数ラヴィー弁29である。他のパルス分子ビームバルブは、冷分子ビーム(O(1 K))が形成されている限り、同様に使用することができます。以下のパラメータは、採用されている偶数ラヴィーバルブに固有のものです。ここで提示された実験では、弁は高い支持圧力(50棒でヘリウム)で20Hzの繰り返し率で作動し、<10-6 mbarに排気された真空チャンバーに拡大される。</li>
	<li>分子ビームスキマー(2mmの直径)をバルブから下流に22cm置き、分子ビームをコリメーションし、パルスバルブと残りの真空システムとの間で差動ポンプ条件を導きます。</li>
	<li>スキマーの直後に分子が静電気偏向装置に入る。ロッド(半径3.0mm)とトラフ(曲率半径3.2mm)で構成され、長さ24cmです。装置の中央にある電極間の垂直ギャップは2.3mmである。0〜26kVの電位差がロッドとトラフの間に適用され、図2のインセットに示すように、ほぼ一定の磁場勾配30を有する強い不均一な電界を生じる。</li>
	<li>ディフレクター分子が第2のスキマーを介して相互作用領域に入った直後に、さらなる差動ポンプステージを提供する。</li>
	<li>相互作用領域(圧力<10-9 mbarに避難)には、標準的なワイリー・マクラーレン飛行時間(TOF)の設定が含まれています。分子は、リペラーと抽出電極の間の抽出領域の中心に集結レーザーパルスによってイオン化されます。生成されたイオンは、マルチチャンネルプレート(MCP)検出器に向かって加速され、そこでマススペクトルが記録されます。</li>
	<li>レーザーパルスは、Nd:YAGポンプ染料レーザーに由来し、283 nm(インドール実験)または272 nm(3-フルオロフェノール実験)および数mJのパルスエネルギーの周りの典型的な出力波長を提供します。パルス持続時間は10 nsecの順で、パルスは f = 750 mmレンズで、相互作用領域で〜100μmのスポットサイズに焦点を合わせます。</li>
	<li>タイミングシーケンスは、マスタークロックを提供するデジタル遅延発生器によって制御されます。これは、Nd:YAGレーザー(フラッシュランプとQスイッチ)、パルスバルブ、および質量スペクトルを記録するために使用されるデジタイザカードをトリガします。</li>
	<li>質量スペクトルは、レーザーQスイッチと同時にトリガされるデジタイザカードに記録されます。分子ビーム密度は、記録された飛行時間スペクトルの適切な質量ゲートから抽出されます。</li>
</ol>2. コンフォーマ選択分子ビームの製造と特性評価
<ol><li>標的分子の冷たい分子ビームは超音速膨張 によって 作成され、空間(x、y方向)および時間的(z方向)プロファイリングを使用して特徴付けられる。</li>
	<li>パルスバルブのサンプルリザーバを化学試料と一緒にロードします。固体サンプルを適切な溶媒に溶かし、サンプルカートリッジに挿入された小さなフィルターペーパーに数滴を入れます。液体サンプルをフィルターペーパーの上に直接置きます。</li>
	<li>高純度高圧バッキングガスを使用して、超音速膨張を製造します。サンプルの偏圧が約10mbarになるように、バルブ内のサンプル貯留層の温度を調整します。 注: 液体サンプルの場合は、通常加熱は不要です。バルブの開弁時間は、使用されるパルスバルブの正確なモデルに依存し、ここで提示された実験のために、Even-Lavieバルブは、10 μsecの電気パルス持続時間で動作します。</li>
	<li>静電気ディフレクターをオフにして、生成された分子ビームを特徴付けます。イオン化レーザーを、サンプルの特定のコンフォーマの共振増強多光子イオン化(REMPI)の既知の波長に設定します。弁レーザー遅延の関数としてMCP検出器の親イオン総収量を監視することにより、分子ビームパルスの時間プロファイルを記録します。</li>
	<li>すべての後続の測定のための最大強度の位置で弁レーザー遅延を修正します。</li>
	<li>レーザー焦点のy位置の関数として親イオンの総収率を監視することにより、分子ビームの横断的空間プロファイルを記録する。これは、焦点レンズをレーザー伝搬方向に垂直に移動させることで、分子ビームに対してy方向に焦点を移動するようにする。</li>
	<li>梁の対象となるすべての適合者に対して、時間的および空間的プロファイリングを繰り返します。 注: これらは通常、個別の REMPI 共鳴を持ち、各コンフォーマを個別にプローブできます。ただし、偏向フィールドがない場合、時間プロファイルと空間プロファイルは、すべての適合者で同一です。</li>
	<li>偏向ビームの特性。ディフレクタへの高電圧電源をオンにして、すべての異性体の空間プロファイルを記録します。これらは、質量対双極子モーメント比に従って偏向する必要があります。 注: 大きな偏向を受けている種の場合、偏向したビームを検出領域に確実に伝達するために、ディフレクタの直後にスキマーを移動する必要があります。</li>
	<li>相互作用(例えば、交差レーザービーム)が目的の種のみを含む分子ビームの部分内で行われることを確認することによって、分子ビームのコンフォーマまたはサイズ選択部分の実験を行います。</li>
</ol>

著者らは開示するものは何もない。

この原稿を通して、超高真空成分、パルス分子ビームバルブおよびレーザー光源に精通していることが想定され、関連する安全手順は常に遵守する必要があります。ディフレクタ用の高電圧電極を取り扱う際には、特別な注意が必要です。表面は高い標準に磨かれる必要があり、真空チャンバーの中でアークを避けるために絶対にきれいでなければならない。最初の使用前に電極は真空下で調整する必要が?...

現代のガス相分子物理学と物理化学実験では、多くの場合、標的分子の超音速膨張を使用して、分子ビーム内で回転的に冷たい分子サンプルを生成します。しかし、超音速膨張を用いて日常的に達成できる1Kの低回転温度であっても、大きな分子はビーム1内の複数の立体構造にとどまることができる。同様に、ビーム源における分子クラスターの生成は、単一の種ではなく、多くの異なるクラスターのストイチオメトリーを含む「クラスタースープ」の形成、ならびに残りの純粋な親分子を生み出す。これにより、分子軌道2のイメージング、分子フレーム光電子角分布3-5 または電子6-10 およびX線回折11-13 などの新しい技術を用いてこれらのシステムの研究は困難になり、これらは、ガス相中の純粋で一貫した、均質なサンプルを必要とする。
いくつかの方法論は、ガス相(例えば イオン移動性ドリフトチューブ14,15)で荷電種の異なる適合体を分離するために利用可能になり、荷電クラスターは質量電荷比によって容易に分離されるが、これらの技術は中性種には適用されない。我々は最近、これらの問題が静電偏向装置16,17を用いて克服できることを実証し、分子適合体とクラスターの分離および回転冷間性分子ビームの生成を可能にする。
静電偏向の使用は古典的な分子ビーム技術であり、その起源は18,19に戻って長い道のりを行く。量子状態の分離のために静電偏向を利用する最初のアイデアは、1926年20年にスターンによって導入された。初期の実験は、高温で低分子に対して行われたが、我々は、低温16,21で大きな極性分子およびクラスターにこの技術の応用を実証する。
極分子は、潜在的なエネルギーの空間的な違いのために、不均一な電界(E)内の力を経験する。この力 <img fo:content-width="0.25in" src="/files/ftp_upload/51137/force.jpg" width="30px"> は、分子の有効な双極子モーメントμに依存し、次のように評価することができる
<img src="/files/ftp_upload/51137/51137eq1.jpg"> (1) 
異なる分子適合者は通常、異なる双極子モーメントを有し、クラスター内の溶媒分子の数が異なって異なるクラスター質量と双極子モーメントにつながるため、これらの種は、強い不均一な電界の存在下で異なる加速を経験する。結果として生じるスターク効果力は不均一な電界から、従って適合体と量子状態22の分離に用いることができる。これは図1に示され、3-フルオロフェノールのC=0,1,2回転状態とトランスコンフォーマーの計算されたスターク曲線をそれぞれ示す。これは、図1cと図1dに示すように、μのeffに大きな違いをもたらし、したがって、不均一な電界における2つの適合者によって異なる加速度が経験される。従って、静電偏差装置は、質量対双極子モーメント比(m/μ eff)セパレータとして用いることができ、質量電荷比(m/z)フィルタ23として作用する質量分析計と類似している。
さらに、これらの技術は、回転量子状態24,25の分離を可能にする。地盤回転状態(図1aおよび1bの青い曲線)が最大のスタークシフトを示すため、これらは最も偏向し、より高いJ状態17の分子から空間的に分離することができる。したがって、分子ビームの最も寒い部分は、標的分子17、26-28の整列および配向など、多くの用途において有意に助けることができる。
この貢献では、静電偏向装置を使用して、大きな極性分子およびクラスターの異なる種を空間的に分離する方法を示す。データ例は、個々のコンフォーマーの純粋なビームの製造と、明確に定義されたサイズと比の溶質溶媒クラスターの生成のために提示される。具体的には、トランスコンフォーマのみを含む純粋なビームが生成される3-フルオロフェノールとインドール(H2O)1クラスタが水、インドール、インドール(H2O)2などから空間的に分離できるインドール水クラスターに関するデータを提示します。

<table><tbody><tr><td>Vacuum system</td><td>various, &lt;em&gt;e.g&lt;/em&gt;. Pfeiffer Vacuum, Varian, Edwards, Leybold</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dye laser system</td><td>various, &lt;em&gt;e.g&lt;/em&gt;. Coherent, Spectra Physics, Syrah, LIOP-TEC, Radiant Dyes&amp;hellip;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pulsed valve</td><td>Even-Lavie</td><td></td><td></td></tr><tr><td>High voltage power supply</td><td>eg. FUG</td><td>HCP 14-20000</td><td></td></tr><tr><td>Deflector</td><td></td><td></td><td>Custom made</td></tr><tr><td>Time-of-flight spectrometer</td><td>Jordan TOF</td><td>C-677</td><td></td></tr><tr><td>TOF power supply</td><td>Jordan TOF</td><td>D-603</td><td></td></tr><tr><td>Focusing lens</td><td>Thorlabs</td><td>LA4745</td><td></td></tr><tr><td>Translation stage</td><td>&lt;em&gt;e.g&lt;/em&gt;. Vision Lasertechnik</td><td>8MT167-25</td><td></td></tr><tr><td>Digitizer</td><td>&lt;em&gt;e.g&lt;/em&gt;. Agilent</td><td>Acquiris DC440</td><td></td></tr><tr><td>Digital delay generator</td><td>Stanford Systems</td><td>SRS DG645</td><td></td></tr><tr><td>Molecular beam skimmer</td><td>Beam Dynamics Inc.</td><td></td><td>http://www.beamdynamicsinc.com/</td></tr></tbody></table>

spatial separation of molecular conformers and clusters

ガス相分子物理学と物理化学実験は、一般的に冷たい分子ビームの製造のためにパルスバルブを介して超音速膨張を使用しています。しかし、これらのビームは、低い回転温度であっても、多くの場合、複数の適合器とクラスタを含んでいます。分子線膨張のこれらの構成部分の空間的分離を可能にする実験方法論を提示する。電気ディフレクターを使用してビームは、その質量対双極子モーメント比によって分離され、ベンダーまたは電気セクター質量分析計に似て、質量電荷比に基づいて荷電分子を空間的に分散させる。このディフレクターは、不均一な電界におけるスターク効果を利用し、極性中性分子およびクラスターの個々の種の分離を可能にする。低エネルギーの回転量子状態が一般的に最大の偏向を経験するので、分子ビームの最も冷たい部分の選択も可能にする。種の異なる構造異性体(適合体)は、異なる双極子モーメントをもたらす官能基の異なる配置のために分離することができる。これらは、分子ビームからの立体構造純粋なサンプルの製造のために静電気ディフレクターによって利用される。同様に、特定のクラスターの質量体数は、特定のクラスターの質量と双極子モーメントが親分子の周りの解離の程度に依存するので、選択することができます。これにより、特定のクラスターサイズと構造の実験が可能になり、中性分子の解法の体系的な研究が可能になります。

静電偏向技術は、構造異性体16と中性クラスター21の分離にうまく適用され、また、分子試料31を選択した回転量子状態の生成と同様に行われている。我々は、3-フルオロフェノールのシスとトランス適合者の分離、および選択されたインドール(H2O)nクラスターのサイズの分離のための代表的な結果でこれを実証する。
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Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

分子ビームに存在する異なる適合体またはクラスターの空間的分離を可能にする技術を提示する。静電ディフレクターは、質量対双極子モーメント比によって種を分離するために使用され、単一のコンフォーマーまたはクラスターのストイチオメトリーのガス相アンサンブルの生成につながります。

分子適合体とクラスターの空間的分離

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold ...

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8.8K ビュー.  CFEL, DESY. 分子ビームに存在する異なる適合体またはクラスターの空間的分離を可能にする技術を提示する。静電ディフレクターは、質量対双極子モーメント比によって種を分離するために使用され、単一のコンフォーマーまたはクラスターのストイチオメトリーのガス相アンサンブルの生成につながります。

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Confocal Imaging of Confined Quiescent and Flowing Colloid-polymer Mixtures

The behavior of confined colloidal suspensions with attractive interparticle interactions is critical to the rational design of materials for directed assembly1-3, drug delivery4, improved hydrocarbon recovery5-7, and flowable electrodes for energy storage8. Suspensions containing fluorescent colloids and non-adsorbing polymers are appealing model systems, as the ratio of the polymer radius of gyration to the particle radius&#160;and concentration of polymer control the range and strength of the interparticle attraction, respectively. By tuning the polymer properties and the volume fraction of the colloids, colloid fluids, fluids of clusters, gels, crystals, and glasses can be obtained9.&#160;Confocal microscopy, a variant of fluorescence microscopy, allows an optically transparent and fluorescent sample to be imaged with high spatial and temporal resolution in three dimensions. In this technique, a small pinhole or slit blocks the emitted fluorescent light from regions of the sample that are outside the focal volume of the microscope optical system. As a result, only a thin section of the sample in the focal plane is imaged. This technique is particularly well suited to probe the structure and dynamics in dense colloidal suspensions at the single-particle scale: the particles are large enough to be resolved using visible light and diffuse slowly enough to be captured at typical scan speeds of commercial confocal systems10. Improvements in scan speeds and analysis algorithms have also enabled quantitative confocal imaging of flowing suspensions11-16,37.&#160;In this paper, we demonstrate confocal microscopy experiments to probe the confined phase behavior and flow properties of colloid-polymer mixtures. We first prepare colloid-polymer mixtures that are density- and refractive-index matched. Next, we report a standard protocol for imaging quiescent dense colloid-polymer mixtures under varying confinement in thin wedge-shaped cells. Finally, we demonstrate a protocol for imaging colloid-polymer mixtures during microchannel flow.

Confocal microscopy is used to image quiescent and flowing colloid-polymer mixtures, which are studied as model systems for attractive suspensions. Image analysis algorithms are used to calculate structural and dynamic metrics for the colloidal particles that measure changes due to geometric confinement.

監禁静止と流れるコロイド·ポリマー混合物の共焦点イメージング

The behavior of confined colloidal suspensions with attractive interparticle interactions is critical to the rational design of materials for directed ...

化学

High-resolution Single Particle Analysis from Electron Cryo-microscopy Images Using SPHIRE

SPHIRE (SPARX for High-Resolution Electron Microscopy) is a novel open-source, user-friendly software suite for the semi-automated processing of single particle electron cryo-microscopy (cryo-EM) data. The protocol presented here describes in detail how to obtain a near-atomic resolution structure starting from cryo-EM micrograph movies by guiding users through all steps of the single particle structure determination pipeline. These steps are controlled from the new SPHIRE graphical user interface and require minimum user intervention. Using this protocol, a 3.5 &#197; structure of TcdA1, a Tc toxin complex from Photorhabdus luminescens, was derived from only 9500 single particles. This streamlined approach will help novice users without extensive processing experience and a priori structural information, to obtain noise-free and unbiased atomic models of their purified macromolecular complexes in their native state.

This paper presents a protocol for processing cryo-EM images using the software suite SPHIRE. The present protocol can be applied for nearly all single particle EM projects that target near-atomic resolution.

SPHIREを用いた電子冷凍顕微鏡画像からの高分解能単一粒子解析

SPHIRE (SPARX for High-Resolution Electron Microscopy) is a novel open-source, user-friendly software suite for the semi-automated processing of single ...

生化学

Investigating Protein Sequence-structure-dynamics Relationships with Bio3D-web

We demonstrate the usage of Bio3D-web for the interactive analysis of biomolecular structure data. The Bio3D-web application provides online functionality for: (1) The identification of related protein structure sets to user specified thresholds of similarity; (2) Their multiple alignment and structure superposition; (3) Sequence and structure conservation analysis; (4) Inter-conformer relationship mapping with principal component analysis, and (5) comparison of predicted internal dynamics via ensemble normal mode analysis. This integrated functionality provides a complete online workflow for investigating sequence-structure-dynamic relationships within protein families and superfamilies.

A protocol for the online investigation of protein sequence-structure-dynamics relationships using Bio3D-web is presented.

Bio3D-webとのタンパク質配列構造ダイナミクスの関係の研究

We demonstrate the usage of Bio3D-web for the interactive analysis of biomolecular structure data. The Bio3D-web application provides online functionality ...

Atomic Scale Structural Studies of Macromolecular Assemblies by Solid-state Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

Supramolecular protein assemblies play fundamental roles in biological processes ranging from host-pathogen interaction, viral infection to the propagation of neurodegenerative disorders. Such assemblies consist in multiple protein subunits organized in a non-covalent way to form large macromolecular objects that can execute a variety of cellular functions or cause detrimental consequences. Atomic insights into the assembly mechanisms and the functioning of those macromolecular assemblies remain often scarce since their inherent insolubility and non-crystallinity often drastically reduces the quality of the data obtained from most techniques used in structural biology, such as X-ray crystallography and solution Nuclear Magnetic Resonance (NMR). We here present magic-angle spinning solid-state NMR spectroscopy (SSNMR) as a powerful method to investigate structures of macromolecular assemblies at atomic resolution. SSNMR can reveal atomic details on the assembled complex without size and solubility limitations. The protocol presented here describes the essential steps from the production of 13C/15N isotope-labeled macromolecular protein assemblies to the acquisition of standard SSNMR spectra and their analysis and interpretation. As an example, we show the pipeline of a SSNMR structural analysis of a filamentous protein assembly.

Structures of supramolecular protein assemblies at atomic resolution are of high relevance because of their crucial roles in a variety of biological phenomena. Herein, we present a protocol to perform high-resolution structural studies on insoluble and non-crystalline macromolecular protein assemblies by magic-angle spinning solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy (MAS SSNMR).

固体核磁気共鳴分光法による高分子アセンブリの原子スケール構造の研究

Supramolecular protein assemblies play fundamental roles in biological processes ranging from host-pathogen interaction, viral infection to the ...

Microcrystallography of Protein Crystals and In Cellulo Diffraction

The advent of high-quality microfocus beamlines at many synchrotron facilities has permitted the routine analysis of crystals smaller than 10 &#181;m in their largest dimension, which used to represent a challenge. We present two alternative workflows for the structure determination of protein microcrystals by X-ray crystallography with a particular focus on crystals grown in vivo. The microcrystals are either extracted from cells by sonication and purified by differential centrifugation, or analyzed in cellulo after cell sorting by flow cytometry of crystal-containing cells. Optionally, purified crystals or crystal-containing cells are soaked in heavy atom solutions for experimental phasing. These samples are then prepared for diffraction experiments in a similar way by application onto a micromesh support and flash cooling in liquid nitrogen. We briefly describe and compare serial diffraction experiments of isolated microcrystals and crystal-containing cells using a microfocus synchrotron beamline to produce datasets suitable for phasing, model building and refinement.
These workflows are exemplified with crystals of the Bombyx mori cypovirus 1 (BmCPV1) polyhedrin produced by infection of insect cells with a recombinant baculovirus. In this case study, in cellulo analysis is more efficient than analysis of purified crystals and yields a structure in ~8 days from expression to refinement.

Microcrystallography of Protein Crystals and In Cellulo Diffraction

A protocol is presented for X-ray crystallography using protein microcrystals. Two examples analyzing in vivo-grown microcrystals after purification or in cellulo are compared.

タンパク質結晶の微結晶化および<em&gt;セルロで</em&gt;回折

The advent of high-quality microfocus beamlines at many synchrotron facilities has permitted the routine analysis of crystals smaller than 10 &#181;m in ...

Construction and Systematical Symmetric Studies of a Series of Supramolecular Clusters with Binary or Ternary Ammonium Triphenylacetates

Functions of clusters in nano or sub-nano scale significantly depend on not only kinds of their components but also arrangements, or symmetry, of their components. Therefore, the arrangements in the clusters have been precisely characterized, especially for metal complexes. Contrary to this, characterizations of molecular arrangements in supramolecular clusters composed of organic molecules are limited to a few cases. This is because construction of the supramolecular clusters, especially obtaining a series of the supramolecular clusters, is difficult due to low stability of non-covalent bonds compare to covalent bonds. From this viewpoint, utilization of organic salts is one of the most useful strategies. A series of the supramolecules could be constructed by combinations of a specific organic molecule with various counter ions. Especially, primary ammonium carboxylates are suitable as typical examples of supramolecules because various kinds of carboxylic acids and primary amines are commercially available, and it is easy to change their combinations. Previously, it was demonstrated that primary ammonium triphenylacetates using various kinds of primary amines specifically construct supramolecular clusters, which are composed of four ammoniums and four triphenylacetates assembled by charge-assisted hydrogen bonds, in crystals obtained from non-polar solvents. This study demonstrates an application of the specific construction of the supramolecular clusters as a strategy to conduct systematical symmetric study for clarification of correlations between molecular arrangements in supramolecules and kinds and numbers of their components. In the same way with binary salts composed of triphenylacetates and one kind of primary ammoniums, ternary organic salts composed of triphenylacetates and two kinds of ammoniums construct the supramolecular clusters, affording a series of the supramolecular clusters with various kinds and numbers of the components.

This article describes construction of a series of hydrogen-bonding supramolecular clusters in crystals using primary ammonium triphenylacetates, which are recrystallized from non-polar solvents. This selective construction of the supramolecular clusters leads to effective systematical symmetric studies about a correlation between the supramolecular clusters and their components.

バイナリまたは三元アンモニウムTriphenylacetatesと超分子クラスターのシリーズの構築と体系的対称研究

Functions of clusters in nano or sub-nano scale significantly depend on not only kinds of their components but also arrangements, or symmetry, of their ...

Coulomb Explosion Imaging as a Tool to Distinguish Between Stereoisomers

This article shows how the COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) or the "reaction microscope" technique can be used to distinguish between enantiomers (stereoisomers) of simple chiral species on the level of individual molecules. In this approach, a gaseous molecular jet of the sample expands into a vacuum chamber and intersects with femtosecond (fs) laser pulses. The high intensity of the pulses leads to fast multiple ionization, igniting a so-called Coulomb Explosion that produces several cationic (positively charged) fragments. An electrostatic field guides these cations onto time- and position-sensitive detectors. Similar to a time-of-flight mass spectrometer, the arrival time of each ion yields information on its mass. As a surplus, the electrostatic field is adjusted in a way that the emission direction and the kinetic energy after fragmentation lead to variations in the time-of-flight and in the impact position on the detector.
Each ion impact creates an electronic signal in the detector; this signal is treated by high-frequency electronics and recorded event by event by a computer. The registered data correspond to the impact times and positions. With these data, the energy and the emission direction of each fragment can be calculated. These values are related to structural properties of the molecule under investigation, i.e. to the bond lengths and relative positions of the atoms, allowing to determine molecule by molecule the handedness of simple chiral species and other isomeric features.

For small chiral species, Coulomb Explosion Imaging provides a new approach to determine the handedness of individual molecules.

立体異性体を区別するためのツールとしてクーロン爆発イメージング

This article shows how the COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) or the "reaction microscope" technique can be used to distinguish ...

Utilizing Time-Resolved Protein-Induced Fluorescence Enhancement to Identify Stable Local Conformations One &#945;-Synuclein Monomer at a Time

Using spectroscopic rulers to track multiple conformations of single biomolecules and their dynamics have revolutionized the understanding of structural dynamics and its contributions to biology. While the FRET-based ruler reports on inter-dye distances in the 3-10 nm range, other spectroscopic techniques, such as protein-induced fluorescence enhancement (PIFE), report on the proximity between a dye and a protein surface in the shorter 0-3 nm range. Regardless of the method of choice, its use in measuring freely-diffusing biomolecules one at a time retrieves histograms of the experimental parameter yielding separate centrally-distributed sub-populations of biomolecules, where each sub-population represents either a single conformation that stayed unchanged within milliseconds, or multiple conformations that interconvert much faster than milliseconds, and hence an averaged-out sub-population. In single-molecule FRET, where the reported parameter in histograms is the inter-dye FRET efficiency, an intrinsically disordered protein, such as the &#945;-Synuclein monomer in buffer, was previously reported as exhibiting a single averaged-out sub-population of multiple conformations interconverting rapidly. While these past findings depend on the 3-10 nm range of the FRET-based ruler, we sought to put this protein to the test using single-molecule PIFE, where we track the fluorescence lifetime of site-specific sCy3-labeled &#945;-Synuclein proteins one at a time. Interestingly, using this shorter range spectroscopic proximity sensor, sCy3-labeled &#945;-Synuclein exhibits several lifetime sub-populations with distinctly different mean lifetimes that interconvert in 10-100 ms. These results show that while &#945;-Synuclein might be disordered globally, it nonetheless attains stable local structures. In summary, in this work we highlight the advantage of using different spectroscopic proximity sensors that track local or global structural changes one biomolecule at a time.

Time-resolved single-molecule protein-induced fluorescence enhancement is a useful fluorescence spectroscopic proximity sensor sensitive to local structural changes in proteins. Here we show it can be used to uncover stable local conformations in &#945;-Synuclein, which is otherwise known as globularly unstructured and unstable when measured using the longer range FRET ruler.

時間分解タンパク質誘導蛍光強化を利用して、一度に1つのαシヌクレインモノマーの安定した局所構造を同定する

Using spectroscopic rulers to track multiple conformations of single biomolecules and their dynamics have revolutionized the understanding of structural ...

Computation of Atmospheric Concentrations of Molecular Clusters from ab initio Thermochemistry

The computational study of the formation and growth of atmospheric aerosols requires an accurate Gibbs free energy surface, which can be obtained from gas phase electronic structure and vibrational frequency calculations. These quantities are valid for those atmospheric clusters whose geometries correspond to a minimum on their potential energy surfaces. The Gibbs free energy of the minimum energy structure can be used to predict atmospheric concentrations of the cluster under a variety of conditions such as temperature and pressure. We present a computationally inexpensive procedure built on a genetic algorithm-based configurational sampling followed by a series of increasingly accurate screening calculations. The procedure starts by generating and evolving the geometries of a large set of configurations using semi-empirical models then refines the resulting unique structures at a series of high-level ab initio levels of theory. Finally, thermodynamic corrections are computed for the resulting set of minimum-energy structures and used to compute the Gibbs free energies of formation, equilibrium constants, and atmospheric concentrations. We present the application of this procedure to the study of hydrated glycine clusters under ambient conditions.

Computation of Atmospheric Concentrations of Molecular Clusters from ab initio Thermochemistry

The atmospheric concentrations of weakly bound molecular clusters can be computed from the thermochemical properties of low energy structures found through a multi-step configurational sampling methodology utilizing a genetic algorithm and semi-empirical and ab initio quantum chemistry.

イニチオ熱化学による分子クラスターの大気濃度の計算

The computational study of the formation and growth of atmospheric aerosols requires an accurate Gibbs free energy surface, which can be obtained from gas ...

Molecular Orbital (MO) Theory

Source: Tamara M. Powers, Department of Chemistry, Texas A&#38;M University
This protocol serves as a guide in the synthesis of two metal complexes featuring the ligand 1,1&#39;-bis(diphenylphosphino)ferrocene (dppf): M(dppf)Cl2, where M = Ni or Pd. While both of these transition metal complexes are 4-coordinate, they exhibit different geometries at the metal center. Using molecular orbital (MO) theory in conjunction with 1H NMR and Evans method, we will determine the geometry of these two compounds.

Molecular Orbital MO Theory: Predicting Geometry of Transition Metal Complexes

分子軌道 (MO) 理論

Source: Tamara M. Powers, Department of Chemistry, Texas A&#38;M University
This protocol serves as a guide in the synthesis of two metal complexes ...